可再分散膠粉及憎水性添加劑

1、可再分散膠粉及憎水性添加劑前言目前在世界范圍內(nèi)對節(jié)約能源與保護環(huán)境的需求不斷提高，對建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫要求也在日益加強，涌現(xiàn)出多種解決方案，其中又以外墻外保溫技術(shù)的發(fā)展最為迅速。所謂外墻外保溫，是指在垂直外墻的外表面上建造保溫層，外墻可以是磚石、混凝土、木材等建筑材料。外墻保溫和裝飾系統(tǒng) (EIFS) 是集節(jié)能、保溫、隔音、裝飾效果為一體的輕質(zhì)、環(huán)保型非承重性外圍護建筑墻體系統(tǒng)，能夠防止潮氣侵入內(nèi)墻，可用于商業(yè)建筑和民用住宅。與其它的覆層產(chǎn)品相比，這種系統(tǒng)可以提供優(yōu)異的能源利用效率和高得多的設(shè)計靈活性和創(chuàng)意性，是新建筑物和改造項目最經(jīng)濟的節(jié)能方法之一。三十多年來EIFS在歐洲的應(yīng)用已超過5億平

2、米，研究和實踐均證明它是一種可靠的保溫體系。由于中國建筑規(guī)模宏大，建筑主體結(jié)構(gòu)以厚重結(jié)構(gòu)為主，在建筑節(jié)能跨越式發(fā)展的條件下，中國的外墻外保溫市場具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ鈮ν獗匾舱诔蔀槲覈豁椫匾慕ㄖ?jié)能技術(shù)。為規(guī)范和引導(dǎo)市場，北京市于1998年率先制訂了薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的施工技術(shù)規(guī)程（北京地方標(biāo)準(zhǔn)）。2003年7月，建設(shè)部發(fā)布實施了膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)JG149-2002的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對外墻外保溫系統(tǒng)的各組成材料及系統(tǒng)本身提出了嚴格的要求。從我公司技術(shù)中心對薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的研究和試驗結(jié)果來分析來看，抹面砂漿與聚苯板的耐水粘結(jié)強度、系統(tǒng)的吸水量和抗沖擊強度容易達不到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

3、的要求，這些性能指標(biāo)無疑對系統(tǒng)的耐久性有十分關(guān)鍵的影響。為了適應(yīng)中國外墻外保溫技術(shù)的發(fā)展，美國國民淀粉化學(xué)有限公司ELOTEX部門在其位于上海的技術(shù)中心以及瑞士總部研發(fā)中心以ELOTEX產(chǎn)品和中國當(dāng)?shù)氐牟牧蠟榛A(chǔ)，對添加不同可再分散膠粉和憎水劑的膠粘劑和抹面砂漿的粘結(jié)強度及系統(tǒng)抗沖擊強度和吸水量進行了測試，從而提出了可以滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的ELOTEX解決方案，并根據(jù)聚合物膜應(yīng)力-應(yīng)變曲線和抹面砂漿-聚苯板界面區(qū)微結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果對聚合物改性砂漿的作用機理進行了分析。原材料、基礎(chǔ)配方及試驗方法1. 原材料   采用了海螺牌42.5 普通硅酸鹽水泥、粒徑為0.1-0.3mm的石英

4、砂和粘度為15000cp的纖維素醚；選用了三種常用于薄抹灰外保溫系統(tǒng)的可再分散聚合物粉末，包括ELOTEX柔性VA/E 粉末和一種憎水性聚合物粉末以及一種VA/VEOVA（醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯共聚物）聚合物粉末；選擇了二種憎水性添加劑，包括ELOTEX可再分散硅烷基粉末SEAL80和工業(yè)級產(chǎn)品硬脂酸鈣。試驗中所采用的聚苯板的表觀密度為19kg/m3，其它性能亦符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG149-2002的要求。 基礎(chǔ)配方   本文共進行了三個系列的試驗，試驗所使用的基礎(chǔ)配方中水泥和纖維素醚的摻量保持不變，改變可再分散膠粉和憎水劑的品種和摻量，相應(yīng)地對砂子的摻量進行調(diào)整。具體

5、方案如下：比較不同品種的可再分散膠粉對砂漿及系統(tǒng)性能的影響，基礎(chǔ)配方為：28%的水泥、0.2%的纖維素醚、3%的可再分散膠粉、68.8%的0.1-0.3mm石英砂； 2. 比較可再分散膠粉摻量對砂漿和系統(tǒng)性能的影響，基礎(chǔ)配方為：28%的水泥、0.2%的纖維素醚、1%4%的ELOTEX柔性VA/E粉末、其余為0.1-0.3mm的石英砂； 3. 比較不同憎水劑及其摻量對砂漿粘結(jié)強度和系統(tǒng)吸水量的影響，基礎(chǔ)配方為：28%的水泥、0.2%的纖維素醚、2.5%的ELOTEX柔性VA/E粉末、0-0.3%的ELOTEX硅烷基粉末 SEAL80  或 硬脂酸鈣、其余為0.10.3mm的石英砂。試驗

6、方法   按既定配方準(zhǔn)確稱取原料，并在干粉狀態(tài)下攪拌均勻。 在水泥膠砂攪拌機中加水?dāng)嚢?分鐘，加水量為20-21%，靜置15分鐘后手工攪拌15秒，按JG149-2002 規(guī)定的方法進行相關(guān)的試件成型、養(yǎng)護和測試。結(jié)果與討論 不同品種的可再分散膠粉對砂漿及系統(tǒng)性能的影響   采用基礎(chǔ)配方1進行試驗，測試的主要性能包括：抗沖擊強度（反映了系統(tǒng)的抗開裂性能）；砂漿與聚苯板的原粘結(jié)強度和耐水粘結(jié)強度（反映了系統(tǒng)的粘結(jié)安全性）；吸水量（反映系統(tǒng)耐侯性）。試驗結(jié)果如表1所示。 表1  不同品種的可再分散膠粉對砂漿粘結(jié)強度及系統(tǒng)吸水量和抗

7、沖擊強度的影響表1  不同品種的可再分散膠粉對砂漿粘結(jié)強度及系統(tǒng)吸水量和抗沖擊強度的影響項目試件的養(yǎng)護條件3%VA/E膠粉3%憎水性膠粉3%VA/VEOVA膠粉與聚苯板的粘結(jié)強度    (MPa)14天標(biāo)養(yǎng)0.16（EPS 板100%破壞）0.11（EPS板5%破壞）0.14（EPS板70%破壞7天標(biāo)養(yǎng)+7天浸水0.11（EPS板10%破壞）0.08（EPS板0%破壞）0.08（EPS板0%破壞）系統(tǒng)吸水量 (g/m2)28天標(biāo)養(yǎng)8504501100抗沖擊強度 (J)28天標(biāo)養(yǎng)1032從表1的結(jié)果可以看出，摻加不同品種的可再分散膠粉對砂漿的粘結(jié)強度以及采用該砂漿制

8、作的系統(tǒng)性能的影響是不同的。添加VA/E 膠粉的砂漿與聚苯板具有良好的干態(tài)粘結(jié)強度和耐水粘結(jié)強度，用這種砂漿制作的系統(tǒng)具有高得多的抗沖擊強度，但吸水量未能達到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求（£500g/m2）。使用添加了憎水性膠粉配制的砂漿制作的系統(tǒng)吸水量和抗沖擊強度剛能達標(biāo)，但是該砂漿的干態(tài)粘結(jié)強度偏低，而耐水粘結(jié)強度未達到0.1MPa。添加VA/VEOVA 粉末的砂漿除與聚苯板的干態(tài)粘結(jié)強度符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，砂漿的耐水粘結(jié)強度、用該砂漿制作的系統(tǒng)的吸水量和抗沖擊強度均未達到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 柔性VA/E膠粉的摻量對砂漿粘結(jié)強度和系統(tǒng)抗沖擊性能的影響   采用基礎(chǔ)配

9、方2進行試驗，測試的主要性能包括：添加不同量VA/E膠粉的砂漿與聚苯板的粘結(jié)強度和采用這些砂漿制作的系統(tǒng)的抗沖擊強度。試驗結(jié)果列于表2。表2  不同摻量的VA/E膠粉對砂漿粘結(jié)強度和系統(tǒng)抗沖擊性能的影響 項目試件的養(yǎng)護條件0%VA/E 膠粉1%VA/E 膠粉2%VA/E 膠粉2.5%VA/E 膠粉3%VA/E 膠粉4%        VA/E 膠粉與聚苯板的粘結(jié)強度(MPa)14天標(biāo)養(yǎng)0.02(EPS板0%破壞)0.08           (EPS板0%破壞)0.13(EPS板20%

10、破壞)0.15(EPS板80%破壞)0.16(EPS板100%破壞)0.16(EPS板100 %破壞)7天標(biāo)養(yǎng)+7天浸水0.06         (EPS板0%破壞)0.06(EPS板0%破壞)0.08(EPS板0%破壞)0.11(EPS板10%破壞)0.11(EPS板10%破壞)0.11(EPS板10%破壞)抗沖擊強度(J)28天標(biāo)養(yǎng)<0.50.53710³15從表2的試驗結(jié)果可以看出，隨著聚合物摻量的提高，外保溫系統(tǒng)的抗沖擊強度顯著增加，這也說明砂漿的柔性隨聚合物摻量的增加而獲得提高。砂漿與聚苯板的粘結(jié)強度亦有隨膠粉摻量的增

11、加而增加的趨勢。但是當(dāng)摻量大于3%時，干態(tài)粘結(jié)強度和耐水粘結(jié)強度幾乎沒有增加。當(dāng)VA/E膠粉的摻量在2.5%以上時，砂漿與聚苯板的粘結(jié)強度和及其系統(tǒng)的抗沖擊強度均可以滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。   如果將表1和表2的結(jié)果結(jié)合起來看，就不難發(fā)現(xiàn)，可再分散膠粉的品種和摻量對薄抹灰外保溫系統(tǒng)抗沖擊強度具有至關(guān)重要的影響。外保溫系統(tǒng)的抗沖擊強度的概念是：將一定質(zhì)量的鋼球從一定的高度自由落下至外保溫系統(tǒng)的表面，系統(tǒng)表面不產(chǎn)生裂紋時所能承受的鋼球最大勢能。顯然，抗沖擊強度也是系統(tǒng)抗裂性能的反映。我們知道外保溫系統(tǒng)的最大技術(shù)難題就是防止開裂。為了有效地防止開裂，需要選擇合格的網(wǎng)格布，控制增強防

12、護層的厚度，控制網(wǎng)格布在增強層中的深度等等，因為這些因素都將對系統(tǒng)的抗沖擊強度產(chǎn)生非常明顯的影響。可以說系統(tǒng)的抗沖擊強度越高系統(tǒng)的抗裂性越好。對外保溫系統(tǒng)使用的單組分砂漿來說，優(yōu)先選擇使系統(tǒng)抗沖擊強度得到更大程度提高的可再分散膠粉是提高系統(tǒng)抗裂能力的一個重要的技術(shù)手段。   為了更好地說明不同品種的可再分散膠粉對系統(tǒng)抗沖擊性能具有不同改善程度的原因，我們在我公司瑞士總部研究中心測試了使用不同可再分散膠粉所制作的聚合物膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。為了模擬可再分散膠粉在水泥漿體中的真實環(huán)境，將膠粉分散在水泥料漿的濾液中制備成膜，然后在23°C和50%的相對濕度下養(yǎng)護8天，依據(jù)

13、 DIN EN ISO 527測試聚合物膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖1所示。圖1  不同聚合物膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線從上圖可知，由柔性VA/E膠粉獲得的薄膜在斷裂時的應(yīng)變（伸長）以及應(yīng)力是VA-VEOVA 薄膜的兩倍；由憎水性聚合物粉末獲得的薄膜不僅斷裂應(yīng)力較VA/E膜低得多，而其斷裂應(yīng)變在三種薄膜中是最低的。另外，應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積反映了聚合物膜的韌性。從上圖可知，由柔性VA/E膠粉獲得的薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積大約是由其它兩種粉末獲得的薄膜的3倍，說明EVA薄膜的韌性較后兩者高得多。聚合物膜的韌性對其改性的砂漿抗沖擊性能有關(guān)鍵性的影響，這可能就是為什么在其它條件基本相同的情況下采

14、用VA/E膠粉改性的抹面砂漿具有最佳的抗沖擊強度的原因。不同憎水劑及其摻量對砂漿粘結(jié)強度和系統(tǒng)吸水量的影響    采用基礎(chǔ)配方3進行試驗，測試的主要性能包括：同時添加VA/E膠粉和不同品種、不同摻量憎水劑的砂漿與聚苯板的干態(tài)和濕粘結(jié)強度及系統(tǒng)的吸水量。試驗結(jié)果列于表3。    從表3的結(jié)果可以看出，配方中摻加SEAL80 對系統(tǒng)吸水量的降低作用是非常明顯的。從耐水粘結(jié)強度來看，添加 SEAL80 可明顯提高砂漿與聚苯板的耐水粘結(jié)強度，特別是浸水后再在標(biāo)準(zhǔn)條件下干燥1天后測的粘結(jié)強度（依據(jù)北京地方標(biāo)準(zhǔn)測試）。由基礎(chǔ)配方中添加0.5%硬脂酸鈣的砂漿制作的系統(tǒng)

15、的吸水量也有明顯的下降，但是，這種砂漿與聚苯板的粘結(jié)強度卻明顯降低。表3 不同憎水劑及其摻量對砂漿粘結(jié)強度和系統(tǒng)吸水量的影響項目試件的養(yǎng)護條件未摻憎水劑0.1%Seal800.2%Seal800.3%Seal800.5%硬脂酸鈣與聚苯板的粘結(jié)強度    (MPa)14天標(biāo)養(yǎng)0.15(EPS板100%破壞)0.15(EPS板100%破壞)0.15          (EPS板100%破壞)0.15          (EPS板100%破壞)0.06 

16、0;         (EPS板0%破壞)7天標(biāo)養(yǎng)+7天浸水0.10          (EPS板10%破壞)0.12           (EPS板10%破壞)0.12          (EPS板10%破壞)0.12          (EPS板10%破壞)0.05     

17、     (EPS板0%破壞)14天標(biāo)養(yǎng)+2天浸水+1天標(biāo)養(yǎng)（北京標(biāo)準(zhǔn)）0.11           (EPS板10%破壞)0.12          (EPS板10%破壞)0.13          (EPS板20%破壞)0.14           (EPS板30%破壞)0.05      &#

18、160;     (EPS板0%破壞)系統(tǒng)吸水量 (g/m2)28天標(biāo)養(yǎng)858745480420426抗沖擊強度 (J)28天標(biāo)養(yǎng)77777SEAL80是外殼進行了特殊處理的硅烷基粉末，具有極佳的親水性,可在水中迅速均勻分散。添加SEAL80 的聚合物干粉砂漿加水拌合后，能夠很快被水潤濕并迅速攪拌均勻。硅烷基粉末SEAL80在水泥的高堿性環(huán)境下水解形成高反應(yīng)活性的硅烷醇基團，硅烷醇基團再同水泥水化產(chǎn)物中的羥基基團進行不可逆反應(yīng)，從而使硬化水泥砂漿中孔壁的表面獲得了憎水性。這一系列的化學(xué)反應(yīng)使原本不憎水的聚合物砂漿在經(jīng)過一段時間的硬化后變成了表面及內(nèi)部均具憎水性的砂

19、漿。正是因為添加了SEAL80的聚合物砂漿在新拌狀態(tài)下沒有憎水性，才使得新拌砂漿可以充分濕潤聚苯板，從而使二者之間能獲得充分緊密的結(jié)合，最終達到極佳的粘結(jié)強度。這一點可以從下面的砂漿-聚苯板界面區(qū)的微結(jié)構(gòu)照片中觀察到。硬脂酸鈣與SEAL80完全不同，由于其本身具有很強的憎水性，使它在水中無法快速潤濕和溶解。當(dāng)加水拌合添加了硬脂酸鈣的干粉聚合物砂漿時，會發(fā)現(xiàn)砂漿干粉難以潤濕，需要攪拌較長的時間才能將其攪拌均勻。從聚合物砂漿與聚苯板粘結(jié)試件的破壞面來看，聚苯板完好無損，說明含硬脂酸鈣的聚合物砂漿與聚苯板不能緊密結(jié)合，這很有可能是添加硬脂酸鈣的砂漿對聚苯板的濕潤性太差造成的。這樣容易導(dǎo)致界面處的機械咬合力大大降低，同時也可能導(dǎo)致界面處的聚合物膜不能進行有效的橋連。   另外我們在試驗過程中還發(fā)現(xiàn)添加憎水性膠粉的干粉聚合物砂漿也較難被水潤濕，說明憎水性膠粉本身就具有一定的憎水性，這可能也是該砂漿與聚苯板粘結(jié)強度偏低的原因之一。聚合物改性砂漿與聚苯板界面區(qū)的微結(jié)構(gòu)   圖2為添加了SEAL80和VA/E膠粉的砂漿與聚苯板界面區(qū)的顯微照片，從照片中我們可以看出經(jīng)聚合物改性的抹面砂漿能夠濕潤憎水性極強的聚苯板基層。通過觀察砂漿在界面處凹凸分布可以說明其極佳的潤濕能